传感器在汽车制动控制系统的应用

传感器在汽车制动控制系统的应用摘要：车用传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一,本文介绍了车用传感器在汽车底盘控制系统中的种类及应用。关键词：汽车传感器制动1前言自从汽车问世以来,制动系统在车辆行车和驻车的安全方面扮演着至关重要的角色。近年来,随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高,这种重要性表现得越来越明显。车用传感器技术作为促进汽车电子化发展的关键技术之一承担了重要的角色,已广泛用于发动机、底盘和车身等各个系统中，随着对车辆安全性要求的不断提高,对ABS用车轮速度传感器的需求也不断地扩大。2制动控制系统的历史最原始的制动控制是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,实现对汽车的制动作用。由于那时的车辆的重量比较小,速度比较低,机械制动也能满足车辆制动的需要,但随着汽车自身重量的增加,助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。于是开始出现了真空助力装置。随着科学技术的发展及汽车工业的发展,尤其是军用车辆及军用技术的发展,车辆制动有了新的突破,液压制动是继机械制动后的又一重大突破。到20世纪50年代,液压助力制动器开始在制动系统中应用。[1]20世纪30年代后期,随着电子技术的发展,世界汽车技术领域最显著的成就是ABS防抱死制动系统(antilockbrakingsystem)[2]的使用和推广。ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体,是机电一体化的高技术产品。它的使用大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。汽车制动防抱死系统（ABS）由轮速传感器（齿圈、传感器）、控制模块和液压装置三部分组成。3底盘应用传感器概况与作用速度传感器监测车轮的转速,是ABS防抱死系统最重要的一个传感器,汽车上常用磁电式传感器与霍尔式传感器来检测车速。每一车轮上均有一个车速传感器。它以齿轮(脉冲环)切割感应线圈磁力线方式,将磁场变化的感应信号(交流脉冲)传送到ECU(电子控制装置)上,ECU又用传感器的转速信号确定什么时候需要进行抱死控制。若ECU把来自车轮速度传感器的AC（交流电）信号频率作对比后探测到车轮转速锐减,这就表明会被抱死。4磁电式和霍尔式传感器的工作原理4．1磁电式传感器的工作原理磁电式传感器一般由传感头和齿圈组成，而传感头主要由永磁体、磁极和感应线圈组成（其结构见图1）。利用电磁感应原理工作的,即:当闭合回路中的磁通量发生变化时,回路中就产生感应电动势,其大小与磁通量的变化率有关,即:式中:E:感应电动势N:导电回路中线圈的匝数:穿越线圈磁通量的变化率。图1磁电式转速传感器结构而当齿圈的齿顶与传感器的极轴端部相对应时,极轴端部与齿圈之间的空气间隙最小,磁阻也最小,通过感应线圈的磁通量最大。当齿圈随同车轮转动时,齿圈的齿顶和齿隙就交替地与传感器极轴顶部相对,传感器感应线圈周围的磁场随之发生强弱交替变化,在感应线圈中就会感应出交变电动势,其频率与齿圈的齿数和转速成正比,4．2霍尔式传感器的工作原理霍尔式传感器也是由传感头和齿圈组成,但其传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。将霍尔元件其置于一磁场中,当在与磁场垂直的方向上加上一控制电流,则在与磁场垂直的方向上会产生霍尔电压。霍尔元件产生的霍尔电压U的大小为:式中:I:控制电流e0:电子电荷量B:磁感应强度d:半导体的厚度n:电子浓度。如图2(a)所示,当齿圈转到两个齿都与霍尔元件对正时,永磁体传到霍尔元件的磁力线分散,磁场较弱,输出的霍尔电压较小；如图2(b)所示,当齿圈转到一个齿与霍尔元件对正时,永磁体传到霍尔元件的磁力线集中,磁场较强,输出的霍尔电压较大。齿圈转动过程中,使得通过霍尔元件的磁力线密度发生变化,从而引起霍尔电压的变化,霍尔元件将输出一准正弦波电压,此信号由电子电路转换成表中的脉冲电压。图2霍尔传感器工作原理5结束语由磁电式传感器的原理可知,当转速较慢时,输出变量也很小,由此可见磁电式传感器不适用于很小车速的测量,即磁电式传感器的低速特性不好。由霍尔原理可知,霍尔传感器的输出电压U与被测物体的运动速度无关,因此它的高、低速特性都很好,若用其测量物体的转速,其下限速度可以接近于0，上线速度从理论上讲可以不受限制,即它可以满足工程中各种运行速度的测量。正因为如此,汽车上的车速传感器大多采用霍尔式传感器。另外汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统融合在一起成为综合的汽车电子控制系统,未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统,各种控制单元集中在一个ECU中,并将逐渐代替常规的控制系统,实现车辆控制的智能化。参考文献：[1]郑家杰,孟春玲,张力汽车制动控制系统的技术进展北京工商大学学报(自然科学版)2005年9月[2]SchinkelM.Anti2lockbrakingcontrolusingaslidingmodelikeapproach[J].ProceedingsoftheAmericanControlConference,2002,(3):23862391.[3]陈家瑞.汽车构造[M]北京:机械工业出版社2000[4]孙健民，杨清梅.传感器技术北京：清华大学出版社2005